在现代自然因素和人类活动的双重作用下,黑土在不断退化(主要表现在黑土面积减少和有机质含量降低两个方面,即通常所说的黑土数量和质量退化),本次研究也证实了这一点。
从整体分布上看,黑土面积减少严重的地区分布在黑土带中部的哈尔滨市和绥化市地区,属于重度黑土退化区,黑土带南北的齐齐哈尔市和长春市次之,属于中度黑土退化区,黑河市与四平市的黑土退化情况相对较轻,属于轻度黑土退化区,区内黑土退化呈现自中心向南北减少的趋势。根据黑土有机质反演显示,黑土有机质减少以黑土区中心最为严重,向四周有机质减少程度趋于缓慢。
从具体分布上看,黑土退化区域多集中在河流两岸、较大建筑用地附近和与盐碱土接壤的地区。
(一)黑土退化与地形地貌的关系
1.黑土退化与地形坡向关系
黑土退化与地形坡向关系有两个特点:一是东坡和西坡黑土减少面积较大,这主要与研究区的地貌特点有关,该地区的川岗多呈近南北走向,南北两坡较缓,东西坡相对较陡,水土流失相对严重;二是阳坡的黑土减少面积略大于阴坡,表现在同一时期南坡的黑土减少面积大于北坡,东南坡黑土减少面积大于东北坡(表3.5.1)。
表3.5.1 黑土面积减少与坡向关系统计表
续表
通过查阅资料分析原因得出:①阳坡和阴坡接受的太阳辐射强度不同,造成两坡向小气候存在一定差异,根据国内外学者对冻融侵蚀的相关研究,阳坡接受的太阳辐射总量大,土壤昼夜温差比阴坡大,冻融作用比阴坡强,加上阳坡春季积雪融化较快,水流相对集中,造成阳坡黑土退化比阴坡严重;②受夏季风的影响,该地区降雨主要集中在6~9月,阳坡为迎风坡,雨滴与坡面的夹角大,对坡面的打击作用力强,阴坡为背风坡,雨滴作用于坡面的夹角减小,降雨侵蚀力明显小于阳坡,黑土侵蚀也小于阳坡。
2.黑土退化与高程、坡长、坡度关系
黑土退化与本身地形有关。根据利用ArcGIS软件中SpatialAnalyst模块进行统计计算发现:黑土在海拔为200~300m,坡度为0°~4°之间的地形条件下,水土流失最严重。黑土减少的平均高程为227.87m;减少的平均坡度为1.69°。说明黑土在海拔为100~300m,坡度为0°~2°且坡长为0~10m的地形条件下的黑土区,水土流失最严重。细沟、切沟是黑土水土流失的主力。
据统计(表3.5.2,表3.5.3,表3.5.4),东北漫川漫岗黑土区,高程为100~300m,坡度为0°~2°,坡长短的区域为黑土退化最强烈的区域。从黑土减少坡度分级分布图看出,黑土减少多集中在坡耕地的中、下部(图3.5.5,图3.5.6)。
表3.5.2 黑土减少与高程关系统计表
表3.5.3 黑土减少与坡长关系统计表
表3.5.4 黑土减少与坡度关系统计表
图3.5.5 黑土减少坡度分级分布图
图3.5.6 黑土减少坡度分级图
(二)黑土退化与冲沟的关系
黑土区降水集中在夏秋季节,且多以暴雨形式出现,加之集雨面积大,故径流集中,冲刷能力大,水蚀严重,春季土壤解冻时,表层土壤疏松,容易被积雪融化的融雪径流冲刷,促进冲沟的蔓延与发展。2000年比1990年冲沟增加了2602.66km2,黑土减少了3765.21km2,冲沟是黑土退化的重要原因之一,冲沟增加区域往往是黑土减少区。
冲沟密度是反映地表的破碎程度和土壤侵蚀。冲沟密度越大,地面越破碎,平均坡度增大,地表物质稳定性降低,且易形成地表径流,土壤侵蚀加剧。
冲沟密度指单位面积内冲沟的总长度,以km∕km2为单位。表达式为:
松辽平原第四纪地质环境与黑土退化
式中:DS指冲沟密度;ΣL指黑土区内的冲沟周长(冲沟与黑土接壤处的有效长度);A指评价区面积。
将冲沟密度由低到高分为五级,并且其1990年和2000年的冲沟密度分级指标一致,级别越高,说明冲沟密度越大(图3.5.7,图3.5.8)。从近10年松辽平原黑土区冲沟密度分级图来看,其冲沟密度总体增大。2000年比1990年黑土退化更为严峻,而且冲沟有继续增大的趋势。
图3.5.7 黑土区1990年冲沟密度分级图
图3.5.8 黑土区2000年冲沟密度分级图
经计算发现,汇流累积量大于500的河网,冲沟密度是0.464,汇流累积量大于100的河网冲沟密度是0.996。计算说明,细沟、切沟是黑土水土流失的主力。
总之,黑土退化与冲沟、高程、坡长、坡度和坡向等因素有关,它们之间都有其内在联系,在不断地发展和变化,同时又是互相依赖、互相制约的。黑土减少量与冲沟密度呈正相关;冲沟密度随着坡度的增大而逐渐增加,坡度越大的地区冲沟增加幅度越大,黑土退化更严重;由于该地区的地形地貌特点,使得东西坡冲沟密度大于南北坡,东西坡黑土减少量较大;由于不同坡向上冻融作用的不同、春季融雪过程的差异、季风气候造成的雨滴与坡面夹角等一系列复杂因素的影响,造成阳坡侵蚀相对强烈,冲沟密度略大于阴坡;从不同地貌类型上冲沟密度变化情况来看,低丘区冲沟密度和增加幅度最大,是需要治理的重点区域。
(三)黑土退化与荒漠化的关系
松辽平原黑土退化严重地区,直接导致黑土层彻底消失,黄土状亚粘土母质直接暴露地表。由于母质黏重、吸水性差,增大地表径流流量和侵蚀速度,水蚀荒漠化侵蚀强度增强,黑土退化速度加快。研究结果表明,黑土质量下降表现出的沿坡顶向坡脚有减弱的退化趋势,若干年后随着黑土地的逐年剥蚀,最终导致岗状、波状高平原顶部黑土层变薄、有机质流失,存在潜在荒漠化危险。
松辽平原黑钙土已逐渐受到沙化、盐渍化侵蚀。1975年黑钙土区没有发现沙漠化土地,但存在一定的盐渍化;1990年黑钙土出现沙化现象,并且盐渍化比例明显上升;至本世纪初,沙化土地面积缩小,沙化趋势基本得到遏制,但是盐渍化面积扩大,黑钙土面积持续缩小。
(四)黑土退化与人类活动的关系
人类活动对土地性质的改变起着重要作用,尤其随城市化发展,建设用地扩大(居民用地和道路增多等)是黑土面积减少的重要原因;黑土质量下降受面蚀和长期过渡耕种两个因素的影响,造成土壤肥力下降。
黑土退化受到人类活动的影响,不同的土地利用、顺坡垄、道路等都会影响到黑土发展。人为作用主要表现在顺坡垄和顺坡道路的影响上,致使相当数量的冲沟顺垄而生、顺路而生,从而加速了黑土面积减少。
人们长期对黑土资源过度开发和掠夺式经营,开垦黑土,年复一年无休止的耕种,只种不养,长期使用化肥、农药,造成了黑土质量下降,保水保肥性能差,有机质含量下降,土壤毒性加大,黑土退化现象越来越严重。空间上从南到北,从辽宁到吉林到黑龙江,黑土质量退化程度,随开垦年代的不同而不同,即是最好的证明。